一种适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料及其制备方法与流程

本发明属于路面铺装材料，具体涉及一种适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料及其制备方法。

背景技术：

环氧树脂薄层铺装是指由环氧树脂胶粘剂为底层与耐磨骨料粘结形成的厚度仅为3-6mm的抗滑耐磨薄层铺装。国外如美国由于相关行业的发展时间较长，技术也较为成熟，当前已有多种产品面世，产品的性能及耐久性均较好，但规模均较小，并且对应用基面具有较高的要求要保证基面含水率8％以下。目前，在国内的环氧薄层罩面研发尚处于初级阶段，改性环氧树脂铺装薄层材料试验段已经在高速公路及城市道路上得到应用。通过实践证明环氧树脂薄层铺装后，可以很好的提高路面抗滑性能，同时具有厚度薄、对路桥面恒载或隧道标高影响小等优点，且路面抗滑性能的提高能显著降低交通事故发生率。但是目前来看，环氧树脂粘结对基材面潮湿度要求较高，水分子的存在不仅会明显降低固化速度，且固化后力学强度明显下降。因此，目前的薄层铺装技术对于阴雨天、南方回南天或者雨后潮湿路面等潮湿环境，均不能使用。含水率高于8％则需要等路面自然晾干或人工烘干后方可施工。因此，施工时间和养护时间受环境因素限制，导致施工成本高、质量不稳定。若产品能在潮湿环境下固化并且具备良好的综合性能，则可以明显的缩短工期，减少对施工环境的依赖，从而提高施工效率，扩大应用范围。

cn100373007c公布了环氧薄层抗滑层施工方法、路面结构及制备方法。cn102173654a公布了一种冷涂型环氧薄层桥面铺装材料，对抗滑性、高温稳定性、低温柔性进行了重点改进，但对潮湿面、耐水老化、耐热老化未做研究。cn103964751a公布了一种环氧砂浆桥面铺装材料，对材料的低温开裂、高温稳定性及冷热温差冲击等性能进行了重点改进，但对路桥面潮湿固化、耐水性老化未研究。cn105017726a公布了一种路桥面薄层铺装用常温固化柔性环氧组合物，注意到材料耐候性，对材料抗热冲击性能、柔韧性等进行了改进，但对材料在水、热等环境因素影响下的老化性能缺乏研究。专利cn106495562a公布了一种适应南方湿热气候的冷涂型路桥面薄层铺装材料及其使用方法，由环氧胶结料和骨料组成，测试了其耐水煮老化性能，但是并不能在潮湿基面固化。专利ep0796903公布了一种可水下固化的非溶剂型环氧固化涂料，环氧组分是水性乳化环氧树脂价格较高，且固化后柔韧性较差不适合于路面薄层铺装。专利wo2007111452公布了可水下固化一种修复和增强型环氧胶黏剂，环氧树脂为硅烷改性环氧树脂原料需要特殊改性出来，固化后的胶黏剂硬脆，断裂延伸率较低，不能应用于路面薄层铺装。

上述专利缺点明显，存在在潮湿环境下不能使用、耐水煮老化差、柔韧性型差、吸水率高等缺点。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种适用于潮湿路桥面、耐高低温、耐水煮老化、柔韧性好、综合性能高的薄层铺装材料。

本发明另一目的在于提供上述适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法。

本发明的上述第一个目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中所述的环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：(0.5～0.85)的a组分和b组分；所述的a组分主要由以下质量份配比的原料组成：环氧树脂：60～80、增韧剂：5～15、活性稀释剂10～30、偶联剂0.5～1.5；所述的b组分主要由以下质量份配比的原料组成：固化促进剂5～8、固化剂92～95。

在上述适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的各原料中：

a组分中：

所述的环氧树脂为双酚a型环氧树脂和/或酚醛环氧树脂。

优选的，所述的双酚a型环氧树脂为e-44环氧树脂，所述的酚醛环氧树脂为den431酚醛环氧树脂。

其中酚醛环氧树脂den431包括但不限于购自陶氏化学。

更优选的，所述的环氧树脂为e-44环氧树脂和den431酚醛环氧树脂的复配，二者的质量份配比为(75～90)：(10～25)。

酚醛环氧树脂由于其分子中含有2个以上的环氧基，反应活性大，与双酚a环氧树脂相比，其固化物交联密度高，结构紧密，有良好的耐水、耐热和较好的机械强度；双酚a型环氧树脂原料易得、成本较低，将两种环氧树脂配合使用，优缺点互补，制备的耐潮湿路面铺装材料综合性能更加优异。

所述的增韧剂为聚氨酯弹性体。

由于聚氨酯的柔性链段能连续贯穿于树脂相，形成“互穿”、“半互穿”的特殊网络结构，与环氧树脂网络产生正协同效应，用聚氨酯弹性体增韧环氧树脂，可使环氧树脂固化材料断裂伸长率得以提高。

优选的，所述的活性稀释剂为具有反应末端环氧基团的低分子环氧化合物。

对于路面铺装来说，物料粘度越低，流动性越好，则铺装质量均匀性越好，由于环氧树脂粘度较大，因此需要通过加入稀释剂调节胶料粘度。含有环氧基团的活性稀释剂可以与b组分中的固化剂反应，固化后可形成复杂的三维网状结构，从而增加固化后胶结料的力学强度。

更优选的，所述的低分子环氧化合物为1,4-丁二醇二缩水甘油醚、c12-14烷基缩水甘油醚和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或几种。

优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。

更优选的，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)中的至少一种。

b组分中：

优选的，所述的固化促进剂为叔胺类促进剂，所述的叔胺类促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(dmp-30)。

优选的，所述的固化剂为4,4′-二氨基二苯甲烷、酚醛酰胺固化剂和改性脂环胺固化剂中的一种或两种以上的复配。

其中所述的改性脂环胺固化剂为zy1050改性脂环胺固化剂和zys078改性脂环胺固化剂中的至少一种。

其中zy1050改性脂环胺固化剂和zys078改性脂环胺固化剂包括但不限于购自徐州中研科技工业有限公司。

更优选的，所述的固化剂为4,4′-二氨基二苯甲烷、酚醛酰胺固化剂和改性脂环胺固化剂中的至少两种的复配。

优选的，所述的耐磨骨料为陶瓷骨料、金刚砂或玄武岩，所述耐磨骨料的莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％。

优选的，所述的耐磨骨料的粒径为1.18mm～4.75mm，其中粒径为1.18mm～2.36mm的骨料的质量百分含量为5～35％，粒径为2.36mm～4.75mm的骨料的质量百分含量为65～95％。

所述的陶瓷骨料可为彩色陶瓷骨料，包括但不限于红色、黄色、绿色、黑色及其组合色，铺装后为彩色薄层路面。

本发明的上述第二个目的可以通过以下技术方案来实现：上述的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，将环氧树脂胶结料按1.3～2.5kg/m²的用量铺设在路桥面上，再将耐磨骨料按照10～17kg/m²的用量设于环氧树脂胶结料上，待环氧树脂胶结料固化后即得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

其中：

步骤(3)中按上述用量关系取a组分和b组分，控制在2～3min混匀后得环氧树脂胶结料。

步骤(3)中待环氧树脂胶结料固化后还包括将多余或松散的骨料清除干净步骤。

本发明的原理为：

本发明中的适用于潮湿路桥面用铺装材料，采用双酚a型环氧树脂e-44、酚醛环氧树脂den431的复配，这两种环氧树脂的复配可以协同提高固化物的耐水性、力学强度及成本低廉；采用聚氨酯弹性体作为增韧剂，固化物可以有效的形成互穿网络结构，增加其韧性。采用的酚醛酰胺固化剂可以提高耐水性以及耐腐蚀性、增加其抗疲劳强度；采用4,4′-二氨基二苯甲烷固化剂可以促进材料在潮湿环境下固化，且提高固化后胶结料的耐热性；采用改性脂环胺固化剂可以提高固化反应速率。通过以上各原料的协同效应，制备出的路面铺装材料具有可潮湿环境下固化、耐水性、耐热性、耐老化性较好。可应用于潮湿路桥面的抗滑改进铺装。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明所得的适用于潮湿路桥面的铺装材料可在潮湿路桥面上固化、耐水煮老化性较好、耐高温；

(2)本发明中的铺装材料较薄，厚度仅为3～6mm，对于路面限高、桥梁恒载影响非常小；

(3)本发明中的铺装材料固化速度较快，施工对于交通压力影响小，可快速开放交通；

(4)本发明中的铺装材料的制备过程简单，应用面广，可用于混凝土、钢桥、石材、沥青等多种类型基材；

(5)本发明中的铺装材料应用于潮湿路桥面后，可明显增大抗滑性能，带水路面铺装前后摩擦值bpn由40提高到83，可大幅度降低交通事故率，具有非常好的社会价值。

附图说明

图1实施例6中潮湿砂浆块粘结实验的主要步骤，其中a图是砂浆块2/3浸泡于水中浸泡48h，b图是测试含水率，c图是铺设环氧树脂胶结料和耐磨骨料，d图是拉拔测试后断面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明并不因此而受限于所述实施例范围中。

实施例1

本实施例提供的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：0.5的a组分和b组分，各组分具体用量如下：

环氧树脂胶结料组成(质量份)：

a组分：

其中酚醛环氧树脂den431包括但不限于购自陶氏化学。

b组分：

dmp-305

酚醛酰胺固化剂65

4,4′-二氨基二苯甲烷30

耐磨骨料为陶瓷骨料，莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％，其中不同粒径颗粒的质量百分比分别为：

粒径1.18mm～2.36mm5％

粒径2.36mm～4.75mm95％。

该适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法如下：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，随后将胶结料按2.5kg/m²用量摊铺在含水率为30％的潮湿路桥面上，再迅速将耐磨骨料按12kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

实施例2

本实施例提供的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：0.65的a组分和b组分，各组分具体用量如下：

环氧树脂胶结料组成(质量份)：

a组分：

b组分：

dmp-308

酚醛酰胺固化剂70

zy1050改性脂环胺22

耐磨骨料为金刚砂，莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％，其中不同粒径颗粒的质量百分比分别为：

粒径1.18mm～2.36mm35％

粒径2.36mm～4.75mm65％。

该适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法如下：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，随后将胶结料按2kg/m²用量摊铺在含水率为40％的潮湿路桥面上，再迅速将耐磨骨料按10kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

实施例3

本实施例提供的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：0.75的a组分和b组分，各组分具体用量如下：

环氧树脂胶结料组成(质量份)：

a组分：

b组分：

dmp-306

酚醛酰胺固化剂80

zy1050改性脂环胺14

其中zy1050改性脂环胺固化剂包括但不限于购自徐州中研科技工业有限公司。

耐磨骨料为玄武岩，莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％，其中不同粒径颗粒的质量百分比分别为：

粒径1.18mm～2.36mm20％

粒径2.36mm～4.75mm80％。

该适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法如下：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，随后将胶结料按1.5kg/m²用量摊铺在含水率为35％的潮湿路桥面上，再迅速将耐磨骨料按15kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

实施例4

本实施例提供的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：0.85的a组分和b组分，各组分具体用量如下：

环氧树脂胶结料组成(质量份)：

a组分：

b组分：

dmp-305

酚醛酰胺固化剂60

zys078改性脂环胺35

其中zys078改性脂环胺固化剂包括但不限于购自徐州中研科技工业有限公司。

耐磨骨料为玄武岩，莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％，其中不同粒径颗粒的百分比分别为：

粒径1.18mm～2.36mm30％

粒径2.36mm～4.75mm70％。

该适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法如下：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，随后将胶结料按1.7kg/m²用量摊铺在含水率为25％的潮湿路桥面上，再迅速将耐磨骨料按14kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

实施例5

本实施例提供的适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料，包括环氧树脂胶结料和耐磨骨料，其中环氧树脂胶结料包括质量份配比为1：0.7的a组分和b组分，各组分具体用量如下：

环氧树脂胶结料组成(质量份)：

a组分：

b组分：

dmp-305

酚醛酰胺固化剂50

改性脂环胺固化剂45

耐磨骨料为玄武岩，莫氏硬度大于7，含尘量小于1wt％，其中不同粒径颗粒的百分比分别为：

粒径1.18mm～2.36mm25％

粒径2.36mm～4.75mm75％。

该适用于潮湿路桥面的薄层铺装材料的制备方法如下：

(1)按上述用量关系，选取环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂，混匀，得a组分备用；

(2)按上述用量关系，选取固化促进剂和固化剂，混匀，制得b组分备用；

(3)按上述用量关系取a组分和b组分，混匀后得环氧树脂胶结料，随后将胶结料按1.8kg/m²用量摊铺在含水率为40％的潮湿路桥面上，再迅速将耐磨骨料按17kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得适用于潮湿路桥面薄层铺装材料。

对比例1

市面销售的国外产品德信pro-poxy^tmtypeⅲdot环氧薄层铺装材料，该环氧薄层铺装材料由双组分环氧胶结料再加上耐磨骨料组成。

将pro-poxy^tmtypeⅲdot型环氧薄层铺装材料的胶结料按说明书要求，1.8kg/m²用量摊铺在处理过的路桥面上，再迅速将耐磨骨料按12kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得环氧薄层铺装材料。

对比例2

市售国内某公司产品，环氧砂浆薄层铺装材料，该环氧薄层铺装材料由三部分组成，a组分、b组分、细砂，外加耐磨骨料。

将该环氧薄层铺装材料的胶结料按说明书要求，三组分a组分、b组分、细砂按照合适的配比，按照1.8kg/m²用量摊铺在含水率为30％的路桥面上，再迅速将耐磨骨料按12kg/m²的用量撒布在胶结料上，待胶结料固化后将多余或松散骨料清除干净，即可得环氧薄层铺装材料。

实施例6

1、应用方法

(1)基面处理：清除混凝土破损面的碎块、灰尘、油污、浮桨，将基面用水浸泡，待基面表层留有一层水膜时，测试含水率，基面含水率在(10％～40％)均可；

(2)摊铺：将实施例1-5中拌和好的环氧树脂胶结料和对比例1-2中对应的胶结料按照设计用量均匀摊铺在清理干净的基面上；

(3)撒布：将实施例1-5中和对比例1-2中的耐磨骨料按设计用量均匀撒布在胶结料上；

(4)骨料回收：养护2-4h后即可回收松散或多余骨料；

(5)养护：完成骨料撒布后养护4-8h(20-30℃)即可开放交通。

2、测试方法

吸水率试验：制备胶板，厚度为2mm，测试方法依据astm-d570-2005吸水率测试方法，23℃水完全浸泡24h。

力学性能测试：按照gb/t1040.3-2006测定拉伸强度；按照gb/t16777-2008测定粘结强度；gb/t7124-2008测钢钢拉伸抗剪强度；按照gb/t6329-1996测钢钢粘接抗拉强度；按照astmc881-13测定凝胶时间。

潮湿砂浆块粘结实验：将砂浆块(70*70*50mm)，水中浸泡48h，保证砂浆块完全潮湿，然后测试含水率，按照实施例1-5和对比例1-2中的配比，制样，养护48h，检测粘结强度变化，具体检测方法参考gb/t16777-2008标准，具体实验步骤如图1所示，从图1中可以看出，本发明中的薄层铺装材料，在潮湿水面可以固化，且性能测试较好。

水下拉伸剪切强度：按照gb/t7124-2008测定拉伸剪切强度，将钢片与钢片按照要求粘结好之后，完全浸泡在水下，待固化48h后，测试拉伸强度。

水煮老化试验：将潮湿砂浆块，按照实施例1-5及对比例1-2制备试样，试样在80℃水中煮7d、14d、21d，再检测试样拉伸抗剪强度和砂浆块粘接强度变化。

表1吸水率测试

表2粘结潮湿砂浆块拉拔测试

表3水下固化拉伸剪切试验

表4砂浆块试样的水煮老化试验

注：*界面破坏指破坏发生砂浆块和铺装材料粘接面。

表5环氧胶结料凝胶时间及力学性能

从表1可以看出，本发明所制备的胶结料吸水率明显低于对比案例，较低的吸水率有利于其在潮湿环境下的耐久性。

从表2可以看出，粘结潮湿砂浆块拉拔测试，实施例1-5粘结强度平均值为3.04mpa，破坏形式均为混凝土破坏说明，粘结强度超过了混凝土的本体强度；对比案例2中显示为界面破坏，且粘结强度仅为1.65mpa，说明此产品在潮湿环境中耐久性较差。

本发明所制备的铺装材料具有良好的可水下固化及耐水煮老化性能，如表3所示，胶结料可水下固化且拉伸剪切强度明显优于市售产品。

如表4所示铺装材料在80℃水煮老化后的粘接强度仍大于混凝土本体强度，如实施案例1在水煮老化21d后，粘接强度(砂浆块)仍达到1.95mpa。而对比例1、2铺装材料分别经水煮老化后7d、14d后，粘接强度下降，且为界面破坏，说明其耐老化性较差。

从表5可以看出，本发明所制备的铺装材料具有操作时间较长、拉伸强度高、韧性好的特点。

综上所述，本发明所制备的环氧胶结料及薄层铺装材料具有力学性能优良、吸水率低、可在潮湿环境下固化、耐水煮老化性好等特点。

显然，上述实施案例仅仅是为清楚的说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做其他不同形式的变化或变动。这里也无需对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。